Konzeptionierung, Portierung und Evaluierung eines Echtzeit-EtherCAT- Feldbus-Maindevices auf einen Mikrocontroller ohne Betriebssystem

Kurzfassung

Diese Masterarbeit erläutert alle Schritte, die nötig sind, um die beiden Bibliotheken libethercat und libosal vom Betrieb in einem Betriebssystem auf einen STM32-Mikro-controller ohne Betriebssystem zu portieren. Diese Arbeit ist als Machbarkeitsstudie zur Portierung zu verstehen. EtherCAT wird als Kommunikationsstandard am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in vielen Robotersystemen eingesetzt, um Daten über deren Peripherie (v.a. Sensoren und Aktoren) zu sammeln, diese zu konfigurieren und zu steuern. Die Bibliothek libethercat stellt Funktionen bereit, um das EtherCAT MainDevice auf der gegebenen Hardware zu implementieren. Die Bibliothek libosal stellt Funktionen bereit, welche den Betrieb von der Hardware und den Zugriff auf Betriebssystemressourcen abstrahieren. Es wird eine Einführung in bestimmte Aspekte von Echtzeit, Feldbussen und des EtherCAT Standards gegeben, welche wichtig für die Realisierung des MainDevices sind. Daraufhin werden sowohl Hardware als auch Software analysiert und die wichtigsten Punkte hinsicht- lich einer Konzeptionierung herausgearbeitet. Nötige Anpassungen und Vorarbeiten wie bspw. das Umlöten der Hardware und Konfiguration der Hardware-Module des STM32 werden fokussiert dargestellt, da diese unerlässlich für die Portierung waren. Änderungen an den beiden Bibliotheken werden dargestellt, um ersichtlich zu machen, welche Anpassungen nötig waren, um den Betrieb auf einem STM32 zu gewährleisten. Dazu zählen auch Änderungen in hardware-spezifischen Files, die teilweise erst bei Inbetriebnahme des EtherCAT MainDevices und den angeschlossenen SubDevices auffielen. Es wurden zeitliche Messungen und Plots zu je zwei verschiedenen Netzwerktopologien auf dem STM32 angefertigt, bevor diese mit Messungen von einem Linux-PC als Main-Device verglichen wurden. Die Netzwerktopologien unterscheiden sich in Art und Anzahl der SubDevices. Anschließend wird eine Bewertung der Implementierung hinsichtlich der Vergleichsmessungen gegeben. Abschließend wird diese Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Arbeiten gegeben, die auf diese Arbeit folgen können, bevor Schlussfolgerungen zur gesamten Arbeit gemacht werden.